(57)【要約】【課題】  屋外での使用に耐えるように十分に明るく、かつ高速に動画を表示することができ、「色割れ現象」が発生せず、かつ、温度上昇の影響が小さく長時間安定的に動作させることができる情報表示装置を提案すること。【解決手段】  光源１と、カラーフィルタ２と、光シャッタ３と、光シャッタ３を通過した光が入射しその出力側を情報表示部として使う光ファイバの束４を備える情報表示装置において、上記カラーフィルタ２がカラーホイールであることと、上記光シャッタ３に複数の光スイッチング素子が１次元または２次元状に配列されていることと、上記光スイッチング素子が高分子安定Ｖ字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いて形成されていることと、上記光シャッタ３が上記カラーフィルタ２と分離して配置されていることと、制御回路を備える情報表示装置とした。【選択図】        図２
2005300746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの光の中の特定の色の光を通過させるカラーフィルタと、上記カラーフィルタを通過した光をスイッチングする光シャッタと、光シャッタを通過した光が入射しその出力側を情報表示部として使う光ファイバの束を備える情報表示装置において、上記カラーフィルタが異なる特定の色の光を通過させる光フィルタを複数個備え上記光源からの光を順次それらの光フィルタを通過させる機構を備えることと、上記光シャッタに複数の光スイッチング素子が１次元または２次元状に配列されていることと、上記光スイッチング素子が高分子安定Ｖ字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いて形成されていることと、上記光シャッタが上記カラーフィルタと分離して配置されていることと、上記カラーフィルタと上記光シャッタを同期させて制御する制御回路を備えることを特徴とする、情報表示装置。
【請求項２】
上記カラーフィルタが、赤色フィルタと緑色フィルタと青色フィルタが円状に配置された回転板と、上記回転板を回転させる回転駆動系を備え、赤色光と緑色光と青色光を順次に上記光シャッタに送るカラーホイールであることを特徴とする、請求項１に記載の情報表示装置。
【請求項３】
上記光源と上記カラーフィルタの間および／または上記カラーフィルタと上記光シャッタの間に集光レンズを備えることを特徴とする、請求項１に記載の情報表示装置。
【請求項４】
上記光スイッチング素子が、一対のガラス基板と、上記両ガラス基板の内面側に設けられた透明導体膜と、上記両透明導体膜の内側に設けられた配向膜と、両配向膜の間に充填されたＶ字型スイッチング特性を有する高分子安定強誘電性液晶と、上記各ガラス基板の外側に配置され偏光面が互いに直交する一対の偏光板からなり、上記両透明導体膜の間に電圧を印加することにより光透過率を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の情報表示装置。
【請求項５】
上記一対のガラス基板にそれぞれ設けられた上記透明導体膜が互いに電気的に分離された平行な複数の線条に形成され、一方のガラス基板の透明導体膜線条の方向と他方のガラス基板の透明導体膜線条の方向が直交していることにより、上記光スイッチング素子が１次元または２次元状に配列された光シャッタが形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の情報表示装置。
【請求項６】
上記両ガラス基板の一方に設けられた透明導体膜が１次元または２次元に配列された互いに電気的に分離された複数の島状部分に形成され、上記各島状部分の上に薄膜トランジスタが形成されていることにより、上記スイッチング素子が１次元または２次元状に配列された光シャッタが形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の情報表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報表示装置に関するもので、特に、光ファイバと電気光学素子を用いて光をスイッチングする方式の情報表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報表示装置として、ＬＥＤ、ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰを用いる情報表示装置が数多く提案され、また実用化されている。しかし、これらは屋外で使用するには明るさが不十分であると指摘されている。
他方、十分な明るさを得るために、白熱灯を光源とし、それを光ファイバで表示部に導くものが実用化されている。
【０００３】
図９は、従来技術による、そのような情報表示装置の一例の概念図である。
図に示したように、光源Ａ１からの光は、レンズＡ２により光シャッタＡ３に集光される。光シャッタＡ３には、光スイッチング素子が２次元状に配置され、ピクセル毎に光がスイッチングされ、その出力がそのピクセルに対応する光ファイバＡ４に入射する。その光ファイバＡ４の束の出射側を、表示部Ａ５として利用する。
【０００４】
図１０は、図９の光シャッタＡ３の概念的斜視図である。
図に示したように、各ピクセル毎に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の中の所定の色を通過させるフィルタＡ６が設けられ、かつ、各ピクセル毎に光をスイッチングする光スイッチング素子Ａ７が設けられている。各ピクセル毎に光をスイッチングすることにより、カラー画像を表示部Ａ５に表示することができる。
【０００５】
この種の情報表示装置においては、光シャッタがネマティック液晶を用いて実現されている。しかし、ネマティック液晶はスイッチング時間が遅い。ネマティック液晶は、実用的なスイッチング時間が１２〜３００ミリ秒である。従って、この種の情報表示装置は、静止画像あるいは文字情報を表示するためには使用可能であるが、高速に変化する画像、あるいは動画を明るく表示することはできない。
【０００６】
スイッチング時間が遅い光スイッチング素子を使用すると、動画表示用に使えない。また、観る人が首を振ったりすると、ノイズとして赤や青や緑の色が一瞬現れる、いわゆる「色割れ現象」が発生する。
【０００７】
さらに、このような構造の光シャッタＡ３は、微細なフィルタＡ６をピクセル毎に作らねばならないので製造コストが高いばかりでなく、各フィルタＡ６で光を吸収するので温度が上昇する傾向があり、そのフィルタに近接して設けられている光スイッチング素子の温度を上昇させる。この結果、ネマティック液晶の温度特性に影響を与えることがあるという問題点もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、屋外での使用に耐えるように十分に明るく、かつ高速に動画を表示することができ、「色割れ現象」が発生せず、かつ、温度上昇の影響が小さく長時間安定的に動作させることができる、情報表示装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題は、請求項１に記載の情報表示装置によって解決された。
具体的には、光シャッタに、従来のネマティック液晶に代えて、Ｖ字型スイッチング特性を有する高分子安定強誘電性液晶を用い、かつ、光シャッタとカラーフィルタを分離して配置することにより解決された。
【００１０】
すなわち、光源と、光源からの光の中の特定の色の光を通過させるカラーフィルタと、上記カラーフィルタを通過した光をスイッチングする光シャッタと、光シャッタを通過した光が入射しその出力側を情報表示部として使う光ファイバの束を備える情報表示装置において、上記カラーフィルタが異なる特定の色の光を通過させる光フィルタを複数個備え上記光源からの光を順次それらの光フィルタを通過させる機構を備えることと、上記光シャッタに複数の光スイッチング素子が１次元または２次元状に配列されていることと、上記光スイッチング素子が高分子安定Ｖ字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いて形成されていることと、上記光シャッタが上記カラーフィルタと分離して配置されていることと、上記カラーフィルタと上記光シャッタを同期させて制御する制御回路を備える情報表示装置によって解決された。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明に係る情報表示装置によれば、屋外での使用に耐えるように十分に明るく、かつ、動画を表示することができ、色割れ現象を起こさない情報表示装置を実現することができる。また、本発明においては、液晶材料に及ぼす温度の影響を少なくする構造を採用しているため、長時間にわたって安定的に動作させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、上述した本発明に係る情報表示装置を実施するための最良の形態を、図面を示して詳細に説明する。
なお、この明細書において、「Ｖ字型特性」あるいは「Ｖモード」とは、液晶への印加電圧をゼロからプラス方向とマイナス方向に増加させると、光の透過率がゼロから正負電圧で対称的に増加する特性を意味する。
【００１３】
高分子安定化されたＶ字型特性を有する強誘電性液晶を製作するには、下記の二つの方法がある。
【００１４】
第１の方法は、強誘電性液晶に光重合モノマーを添加し、スメクティックＣ＊相で交流電圧を印加しながら紫外線照射を行う。これにより、側鎖型高分子により強誘電性液晶分子が安定化される。
この方法については、下記の文献に詳細に示されている。
『 Y. Miyazaki, et al : Mol. Cryst. Liq. Cryst. 364 (2001) 491. 』
【００１５】
第２の方法は、スメクティックＡ相において、電界を印加せず紫外線照射をさせて光重合を行わせ、これにより高分子安定化させる方法である。
この方法について、下記の両文献に詳細に報告されている。
『 S. Kataokoa, et al : Mol Cryst. Liq. Cryst. 292 (1997) 333.』
『 M. Shikada, et al : Jpn. J. Appl. Phys. 40 Pt. 1 (2001) 5008.』
【００１６】
本件発明者は、下記の文献に高分子安定化されたＶモード強誘電性液晶電気光学素子の製造と電気的特性を報告している。
図１は、その雑誌で報告した光スイッチング素子のＶモード特性の実験例である。
『 S.Kobayashi, et al : Proceedings of SPIE  Vol.5003, 88 (2003)．』
【００１７】
図２は、本発明に係る情報表示装置の実施の形態の概念図である。
この図に示したように、白色灯等の光源１からの光は、カラーホイール２を介して光シャッタ３に照射され、光シャッタ３を通過した光は、その背部に設けられた光ファイバの束４に入射する。そして、その光ファイバの束４の出口を、情報表示部５として使う。
【００１８】
図３は、本発明に係る情報表示装置の他の実施の形態の概念図である。
この図に示したように、必要に応じて、レンズ１ａを、光源１とカラーホイール２の間、あるいはカラーホイール２と光シャッタ３の間に配置することもできる。また、光源１の背後に、鏡１ｂを配置することもできる。
これらのレンズ１ａあるいは鏡１ｂ等からなる集光手段を配置することにより、光量を増加させ、表示装置の明るさを増すことができる。
【００１９】
上記光源１は、光スペクトルが可視光のほぼ全域を覆う白熱灯であることが好ましい。白熱灯でない場合でも、少なくとも赤、緑、青領域の光成分を含むスペクトルを有する光源であれば、ほぼフルカラー表示が可能である。
【００２０】
図４は、上記したカラーホイール２と光シャッタ３の部分の概念的斜視図である。
この図に示したように、カラーホイール２は、回転ホイール２ａに、赤フィルタ（Ｒ）と緑フィルタ（Ｇ）と青フィルタ（Ｂ）を円を分割するように配置し、回転駆動手段２ｂで回転させるものである。カラーホイール２に白色光Ｗが入射するとき、回転ホイール２ａを回転させると、赤フィルタ（Ｒ）と緑フィルタ（Ｇ）と青フィルタ（Ｂ）を順次に通過するので、出力光は順次に赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂになって光シャッタ３に入射する。
【００２１】
白色光Ｗが、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）を通過する際、光吸収によってフィルタの温度が上昇する傾向があり、従来技術によるときは、これにより光シャッタの温度が上昇するという問題があった。
しかし、本発明においては、上記したようにカラーホイール２と光シャッタ３が分離して配置されているので、光シャッタ３における温度上昇の問題が大幅に軽減される。もちろん、さらに、空冷または水冷によりカラーホイール２および/ または光シャッタ３の部分を冷却することもできる。
【００２２】
白色光Ｗが、赤フィルタ（Ｒ）と緑フィルタ（Ｇ）と青フィルタ（Ｂ）の中のどのフィルタを通過したかに応じて、光シャッタ３の中の各ピクセルに対応する光スイッチング素子の透過率を変化させる。従って、ある瞬間にどのフィルタを通過したかを知る必要がある。これため、上記回転駆動手段２ｂをデジタル制御のパルスモータで実現し、制御回路６により回転角を制御したり、あるいは通常のアナログモータで実現し、上記回転ホイール２ａにマーカー２ｃを付けて、センサ光源からの光をフォトセンサ２ｄ等で受信し、上記回転ホイール２ａの回転角を検出し、その検出信号を制御回路６に送り、制御回路６でどの色のフィルタを通過したかを知る。
【００２３】
光シャッタ３の中には、各ピクセルに対応する光スイッチング素子７が１次元または２次元に配列されている。そして、フィルタを通過した光の色に対応する画像を上記光スイッチング素子７で順次に形成する。
【００２４】
図５は一つの光スイッチング素子７を取り出した概念的断面図であり、（ａ）は電圧を印加していない状態、（ｂ）は電圧を印加した状態である。
この光スイッチング素子７は、一対のガラス基板８ａ，８ｂと、両ガラス基板８ａ，８ｂの内面側に設けられた透明導体膜９ａ，９ｂと、両透明導体膜９ａ，９ｂの内側に設けられた配向膜１０ａ，１０ｂと、両配向膜１０ａ，１０ｂの間に充填されたＶ字型スイッチング特性を有する高分子安定強誘電性液晶１１と、上記両ガラス基板８ａ，８ｂの外側に配置され偏光面が互いに直交する一対の偏光板１２ａ，１２ｂからなる。
【００２５】
そして、上記両透明導体膜９ａ，９ｂの間に電圧を印加することにより、光透過率を変化させる。
図５の（ａ）は電圧を印加しない状態で、（ｂ）は電圧を印加した状態であり、図示されているように、電圧によって液晶の状態が変化するので、光Ｌの透過率が変化する。
【００２６】
通常、透明導体膜９ａ，９ｂは、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)で形成され、配向膜１０ａ，１０ｂはポリイミド膜で形成されている。これらの部材および液晶１１、偏光板１２等の作用は、当業者によく知られている。よって、これ以上の説明は省略する。
【００２７】
本発明で用いられている高分子安定強誘電性液晶１１では、図１に示すように、印加電圧と光透過率がＶ字型スイッチング特性を有する。すなわち、透過率をゼロから連続的に変化させることができ、しかも光透過率にヒステリシス特性がないという特徴を有する。従って、表示色を連続的に変化させ、フルカラーで動作させることができる。
なお、図１は、種々の温度（２５℃，４０℃，５５℃）において測定された印加電圧（横軸）に対する光透過率（縦軸）を示す。但し、光透過率は任意尺度で示されている。
【００２８】
しかも、従来のネマティック液晶の場合、実用的なスイッチング時間が上述したように１２〜３００ミリ秒であるのに対して、本発明で採用している液晶では、１００〜３００マイクロ秒で桁違いに高速である。
【００２９】
図６は、光シャッタを光スイッチング素子の単純マトリックスとして実現したときの、光シャッタの概念図である。
図に示したように、上記一対のガラス基板８ａの下面とガラス基板８ｂの上面に、それぞれ設けられた上記透明導体膜９ａ、９ｂが互いに電気的に分離された平行な複数の線条に形成され、一方のガラス基板の線条透明導体膜の方向と他方のガラス基板の線条透明導体膜の方向が直交していることにより、上記光スイッチング素子が１次元または２次元状に配列された光シャッタが形成されている。
【００３０】
上記カラーホイール２を通過する光の色と同期させて、各ガラス基板上の線条透明導体膜を一本ずつ選択し、適切な電圧を印加することにより、特定のピクセルに対応するその色の透過率を変化させることができる。
【００３１】
図７は、光シャッタを薄膜トランジスタのアクティブ・マトリックスとして実現した一例の光シャッタの概念的斜視図である。
図に示したように、上記両ガラス基板８ａ，８ｂの一方に設けられた透明導体膜９ｂが１次元または２次元に配列された互いに電気的に分離された複数の島状部分９ｃに形成され、上記各島状部分９ｃの上に薄膜トランジスタが形成され、他方のガラス基板８ａには透明導体膜９ａが一様に形成されていることにより、上記光スイッチング素子が１次元または２次元状に配列されている。
【００３２】
光シャッタを薄膜トランジスタのアクティブ・マトリックスとして実現する場合は、１０００×１０００ピクセル以上の光シャッタを容易の実現することができる。上記カラーホイール２を通過する光の色と同期させて、薄膜トランジスタを選択し、適切な電圧を印加することにより、特定のピクセルに対応するその色の透過率を変化させることができる。薄膜とトランジスタ・マトリックスの駆動方式については種々提案され、当業者にはよく知られているので、これ以上の説明は省略する。
【００３３】
各光スイッチング素子７の背部に光ファイバ４の入射口を配置するとき、図８の（ａ）に示すように、各光スイッチング素子７に対して一本の光ファイバ４を配置することも、（ｂ）に示すように、各光スイッチング素子７に対して複数本の光ファイバ４を配置することもできる。
【００３４】
本発明に係る情報表示装置は、光量が大きいので、上記光ファイバ４の出口にレンズを設け、情報をスクリーンに投射する情報表示部５の形態とすることも可能である。
【００３５】
以上、本発明に係る情報表示装置の実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】光スイッチング素子のＶモード特性の実験例を示した図である。
【図２】本発明に係る情報表示装置の実施の形態の概念図である。
【図３】本発明に係る情報表示装置の他の実施の形態の概念図である。
【図４】カラーホイールと光シャッタの部分の概念的斜視図である。
【図５】一つの光スイッチング素子を取り出して示した概念的断面図であって、（ａ）は電圧を印加していない状態、（ｂ）は電圧を印加した状態を示す。
【図６】光シャッタを光スイッチング素子の単純マトリックスで実現したときの、光シャッタの概念図斜視図である。
【図７】光シャッタを薄膜トランジスタのアクティブ・マトリックスとして実現した一例の光シャッタの概念的斜視図である。
【図８】各光スイッチング素子と光ファイバの関係を示した概念的断面図であって、（ａ）は各光スイッチング素子に対して一本の光ファイバが配置される場合、（ｂ）各光スイッチング素子に対して複数本の光ファイバが配置される場合を示す。
【図９】従来技術による情報表示装置の一例の概念図である。
【図１０】従来技術による光シャッタの概念的斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    光源
１ａ  レンズ
１ｂ  鏡
２    カラーホイール
３    光シャッタ
４    光ファイバ
５    情報表示部
６    制御回路
７    光スイッチング素子
８ａ，８ｂ  ガラス基板
９ａ，９ｂ  透明導体膜
１０ａ，１０ｂ  配向膜
１１  Ｖ字型スイッチング特性を有する高分子安定強誘電性液晶
１２ａ，１２ｂ  偏光板
【図１】
2005300746.tif 000003
【図２】
2005300746.tif 000004
【図３】
2005300746.tif 000005
【図４】
2005300746.tif 000006
【図５】
2005300746.tif 000007
【図６】
2005300746.tif 000008
【図７】
2005300746.tif 000009
【図８】
2005300746.tif 000010
【図９】
2005300746.tif 000011
【図１０】
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